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1、第七章 火区封闭和启封,火区封闭是减少火源氧气供给、控制火势发展的一项重要技术手段，火区封闭质量的好坏直接决定了防灭火的效果。而火源熄灭后，启封措施是否得当又是后续生产能否安全和顺利进行的关键，稍有不慎，很容易导致火区复燃，甚至引发爆炸事故，从而造成重大的人员伤亡。本章主要介绍火区封闭、管理及启封的相关技术和要求。,第一节 火区封闭,煤矿发生火灾后，不能直接灭火时，必须封闭火区。封闭火区就是用防火墙把进风侧和回风侧所有通向火区的巷道以及巷道内易向火源漏风的区域封严。火区封闭后，切断了外界的供氧，使得火区内生热和散热平衡系统破坏，这种情况持续一定时间即能使火源彻底熄灭。按照封闭区域的不同，封闭可
2、分为井下封闭和地表封闭两种类型。井下封闭为局部封闭，地表封闭一般为全矿井封闭，后者在实际救灾中应用不多，因此本书主要介绍井下封闭。,一、火区封闭的基本原则,火区密闭的原则是：准备先行，行动果断，密闭墙要“密、少、快、小”，实施过程要加强监控。,井下直接灭火未能奏效时，应果断采取封闭火区的方法进行灭火，以尽量争取时间上的有利条件。许多救灾的实践表明：封闭火区灭火的成功几率随时间的拖延呈指数形式迅速下降。,处理矿井火灾的一个重要原则就是：不管采用何种灭火方法，也不管火灾的范围有多大，都应同时准备火区封闭预案，提前做好封闭火区的思想和物质准备。这是因为矿井的条件极其复杂，火源的发展受多种因素的影响，
3、所以火势随时都有扩大化的可能，万一所用的灭火技术无法有效控制火势的发展，应保证能够及时进行封闭，将事故损失减小到最低。,1、准备先行,2、行动果断,3、封闭“四字诀”,火区封闭的“四字诀”是“密、少、快、小”。“密”是指密闭墙要严密，尽量减少漏风；“少”是指密闭墙的道数要少；“快”是指封闭墙的施工速度要快；“小”是指封闭范围要尽量小。原则上讲火区封闭时，应尽量使火区范围小一点。封闭范围越小，特别当进风侧防火墙与火源距离越小时，渗漏的新鲜风流在火区中的流动距离越小，封闭后的火区氧气浓度下降也越快，从而实现较好的灭火效果。但从另外一个角度来说，封闭火区的范围越小，防火墙与火源的距离越小，则火区的高
4、温烟流对防火墙（特别是回风侧的防火墙）的影响也越大，直接威胁防火墙构筑人员的人身安全。而且对于瓦斯矿井，火区范围小更容易使可燃气体积聚达到爆炸界限，有可能在密闭过程中就发生爆炸，威胁人员生命安全，这时可适当扩大封闭的范围。,4、加强监控,火区封闭时应实时监测大气压力、火区气体以及风流状态的变化。尽量在大气压力较高且上升的时候封闭火区。火区封闭过程中，要指定专人对瓦斯、CO、O2及其它有害气体浓度和风流状态的变化进行有效的监控，防止因瓦斯爆炸和风流状态的紊乱等造成灾害事故的扩大化。,二、火区封闭的顺序,进行火区封闭时，应根据火区范围、火势大小、瓦斯涌出量等情况来决定火区封闭的顺序。一般是将对火区
5、影响不大的次要巷道首先封闭起来，然后再封闭火区的主要进、回风巷。在多风路的火区建造防火墙时，应根据火区范围、火势大小、瓦斯涌出量及火区内是否有瓦斯积聚区和采空区等情况来决定封闭顺序，如表7-1-1所示。,表7-1-1 不同火区封闭顺序的适用条件及优缺点比较,需要指出的是，采用进、回风巷同时封闭时，由于回风侧高温且存在大量浓烟，工作条件极为恶劣，该处的防火墙构建可能无法与进风侧同时完成。实际操作时，一般先在进风侧初步建成防火墙并留有通风孔，通风孔的大小要既能保证火区上风侧不致发生瓦斯超限聚积，又能在一定程度上控制火势发展，从而给回风侧防火墙的构筑提供一个相对有利的条件。回风侧防火墙建至一定程度时
6、，再约定好时间，同时封闭进、回风侧的防火墙，封闭后工作人员必须立即撤到安全地点。对于低瓦斯或者无瓦斯区域，为了便于操作，应先构筑进风侧密闭，这样就可以减少火区供风，从而减少火灾的燃烧强度，降低火源温度。对于高瓦斯矿井，国内外都普遍采用进、回风巷同时密闭的方法，既减少了火区供风，又为回风侧密闭提供了相对较好的条件，安全性较高。然而，有些研究表明，对于高瓦斯区域，如果能先封闭回风侧防火墙，燃烧产生的惰性气体就可以回流到火区，对火区起到一定的惰化作用，而且可以抑制瓦斯的涌出。火区封闭后，在一段时间内（英国统计为124 h，美国统计为46 h，主要与火区情况和防火墙的位置有关）极有可能发生爆炸，因此火
7、区封闭后应立即撤出，24 h以后才可以靠近封闭区进行探测。,三、防火墙的构建,1.防火墙的分类,根据防火墙所起的作用不同，主要分为临时防火墙、永久防火墙和耐爆防火墙三种。现将其作用和布置方法介绍如下。,（1）临时防火墙,临时防火墙的作用是临时阻断火区供风，控制火势发展。在建筑时突出一个“快”字和一个“严”字。最常见的临时防火墙主要有以下两种形式：风障临时防火墙 临时防火墙的风障主要由帆布制成，单独使用帆布做风障必然会造成一定的漏风，所以经常需附带一些加固装置，如图7-1-1（c）、（d）中的弹性胶带和钢丝绳。,图7-1-1 风障临时防火墙a）在木支柱支护的巷道；b）在弧形可伸缩钢梁支护的巷道；
8、c）附加弹性胶带加固；d）附加钢丝绳加固,木板临时防火墙 木板临时防火墙(如图7-1-2所示)就是通常所说的“板闭”，是我国目前普遍采用的临时防火墙，架设起来也比较容易。木板防火墙对于瓦斯、火灾气体渗透性高，抗空气冲击波能力弱，特别是当抹面粘土干燥脱落后更为明显，所以临时防火墙建成之后，应紧接着建筑永久性防火墙。,图7-1-2 木板临时防火墙a）在木支柱支护的巷道；b）在弧形钢支架支护的巷道,除了这两种之外，临时防火墙还有伞形临时防火墙（如图7-1-3所示）、充气式临时防火墙（如图7-1-4所示）。前者架设速度快，但漏风率较大。在此基础上，经完善和改进形成了如组合撑伞式快速密闭、伞形充气式等稳
9、定性好、漏风率较低的临时防火墙；后者不受巷道断面、几何形状、支架类型的限制，而且漏风率小，但稳定性一般较差。,图7-1-3伞形临时防火墙,图7-1-4 风筒充气式防火墙,（2）永久性防火墙,永久性防火墙用于长期封闭火区，建筑时既要坚固又要密实。根据用料不同，分为木段、料石、砖和混凝土等多种形式。木段与混凝土防火墙适用于地压较大的巷道；料石和砖防火墙适用于顶板稳定、地压不大的巷道。木段防火墙 木段防火墙如图7-1-5所示。因木材本身的长短、曲直等问题以及受到巷道断面、支护形式等各方面因素的限制，木段防火墙的应用具有很大的局限性，而且木垛内必须用水泥等堵漏材料充填，再加上巷道边缘处较难处理，造成了
10、该类防火墙的应用并不是很广泛，在客观条件允许而密封等技术又具备的情况下也可以采用，此时木段防火墙的厚度应根据墙的横截面积选取。,图7-1-5 木段永久性防火墙,砖防火墙 砖墙永久性防火墙（如图7-1-6所示）比木段防火墙更为坚固，而且密闭效果也好得多，因而被广泛采用。但砖墙防火墙的砌筑也必须达到一定的要求：墙厚不得低于0.5 m，1 m3大约需要400块砖，0.3 m3水泥浆。每个防火墙应设有监测取样管，以监测防火墙内的气体成分和压力，同时在底部应该设置排水管路。,图7-1-6 砖墙永久性防火墙,对于地压较大的地点，为保证防火墙能承受一定的压力，在防火墙中加设木板可以使墙体受力均匀(如图7-1
11、-7所示)，缓冲受到的压力。,图7-1-7 中间加入板材的砖墙永久性防火墙,混凝土防火墙 混凝土防火墙如图7-1-8所示。它最大的特点是具有很强的缓冲性，能够抵抗1MPa冲击波冲击。为了防止混凝土因凝固收缩产生缝隙、气泡或孔洞，待模板拆除后，要及时进 行充填。或用高压泵向其缝隙内进行灌浆充填，或采用喷涂混疑土的办法堵塞缝隙和孔洞，以防漏风供氧。,图7-1-8 混凝土防火墙,多层混合式防火墙 也可以将上述一种或几种防火墙结合起来使用，如图7-1-9所示。这种防火墙更为牢固，只是施工起来相对复杂一些。,图7-1-9多层混合式防火墙1装砂或岩粉的麻袋；2砖墙；3充填管；4放水管；5返水池,（3）耐爆
12、防火墙,耐爆防火墙是在瓦斯较大的地区封闭火区时，为防止火区内发生瓦斯或火灾气体爆炸对封闭区外部的人员受到伤害而构筑的具有防爆功能的防火墙。耐爆防火墙必须承受一定的压力，各国要求不一致,例如，美国联邦法规规定不低于0.14 MPa，印度的规定范围是0.150.4 MPa。常用耐爆防火墙 a.沙袋耐爆防火墙 在爆炸冲击波的作用下，必须要求耐爆密闭墙的震动周期小于冲击波压力作用在密闭墙上的时间，也就是必须具有更好的耐压性能。因此，对耐爆防火墙在材料上和制作上必须有其特殊的要求。这种防火墙一般是用沙袋堆砌而成（如图7-1-10所示），也可用砂段构成。,图7-1-10 沙袋耐爆防火墙a)不带通行孔；b)
13、同时带通行孔和注惰气通道1注惰气通道；2排水管；3通道；4气体成分监测孔；5支撑架,b.石膏耐爆防火墙 国外目前也有采用石膏快速充填耐爆防火墙（如图7-1-11所示）。石膏防火墙墙厚通常为23.5m。施工时先掏锥形槽，再砌两个带加强支护的木板墙，用管道把水和石膏粉送到石膏泵中混合，再用软管送到面板墙之间灌注、硬化成型，固化后的石膏抗压强度可达6MPa。1985年大同矿务局永定庄煤矿11号层406盘区发生自燃火灾，用砖石和其它形式的密闭均未能解决漏风和火灾气体泄漏问题，再砌筑了石膏密闭后，以上问题得到了很好的解决。,图7-1-11石膏耐爆防火墙1取样管；2测温孔；3检测孔；4U形压差计；5石膏充
14、填料出口；6充填管7供料带；8空气采样管；9支撑架；10排水管；11木板支架；12网罩,除了上述两种常使用的传统耐爆防火墙外，也可因地制宜，在条件具备的前提下可采用水封的方法。采用水封时，可以远程操作，安全可靠，具有操作简单、严密性好、充分隔爆以及启封方便的优点。图7-1-12为宁夏白芨沟煤矿高瓦斯特大火区采用的水封示意图。如果巷道中的某一部分存在低洼处，也可以对巷道进行局部水封，如图7-1-13所示。水封技术不同于水淹，它只是对火区进风侧或回风侧的低位巷道进行水封，需水量少，实施较为容易。,图7-1-12 白芨沟煤矿高瓦斯特大火区水封示意图,图7-1-13 局部水封火区示意图,改进的耐爆防火
15、墙 a.形状上改进 当然也有在防火墙的形状上做一定改进来增加抗爆性能的方法，如图7-1-14所示的耐爆防火墙，防火墙凸向火区一边，这样就能比平直形状的防火墙承受更大的冲击压力。,图7-1-14 凸型耐爆砖墙,b.添加缓冲设施 为了增加防火墙的耐爆强度，除了在材料上和形状上的改进外，还可以在防火墙和火区之间辅助以某种压力缓冲设施，如图7-1-15所示。带消波钢帘的耐爆防火墙由一道密闭墙和一排或几排悬挂在巷道顶梁上，在爆炸冲击波的作用下可摆动的工字钢组成。钢帘位于密闭墙和火区之间，其作用就是减缓作用在密闭墙上的压力；带消波孔的耐爆防火墙由两道石膏防火墙组成，在面向火区可能发生爆炸的第一道防火墙中设
16、置几根直径为100300mm钢管，其作用同钢帘一样，减缓冲击波压力，保护其后的第二道防火墙，同样，在防火墙前方堆砌防垒也可以起到相同的作用。,（a)安装水槽的耐爆防火墙,（b)含消波钢帘的耐爆防火墙,（c)含消波孔的耐爆石膏双墙密闭,图7-1-15 带缓冲设施的耐爆防火墙,防火墙的技术要求 a.厚度要求 沙袋防火墙的厚度一般为巷宽的两倍，砂段防火墙的厚度至少要保持在5m10m，石膏防火墙的厚度也是取决于巷道断面的大小，具体要求如表7-1-2所列。,表7-1-2 各类防爆墙的最小厚度,b.气密性要求 耐爆防火墙在保证强度的同时，还必须满足气密性的要求。目前，我国还没有相关的技术标准，美国规定了耐
17、爆防火墙在受到爆炸冲击后所允许的气体泄漏率标准，如表7-1-3所列。,表7-1-3 美国规定的耐爆防火墙遭受爆炸冲击后允许的气体泄漏率,在进风侧建防火密闭墙必须严密坚固，在墙面上及其前面一定距离的巷道两帮都要涂抹一层灰浆。由于防火墙不可能把火区完全严密隔离，在不易看到的裂缝及构筑材料的孔隙中，总有空气渗入火区，诱发火灾逆风向扩展，逐渐移向防火墙附近。所以，一般情况下，防火墙要采用耐温材料，如果条件允许可以在墙面贴防火胶带、防火密封条或者喷涂防火漆等。,2.防火墙位置的选择,防火墙的位置必须根据封闭火区范围要小，防火墙的数量要少，封闭的时间要快，封闭的密封性要严的原则进行确定。所以火区进风防火墙
18、的位置要求选在距火源近，且支护完整的地段，而且防火墙周围5m以内无杂物、积水、淤泥、煤尘堆、片帮和冒顶。为使防火墙避开断层，设在没有裂隙的岩体内，有时可能造成密闭墙离火源距离较远，从而增加防火墙的数量，给以后打开火区造成一定的困难。所以，防火墙的位置应当根据实际情况进行综合考虑而定。在进风防火墙与火源之间不能存在连通火源前后的巷道，如图7-1-16所示。这种巷道易造成火烟的循环，容易导致火灾气体爆炸。,图7-1-16 进风侧防火墙位置选择（a）火区进风侧防火墙位置选择错误；（b）火区进风侧防火墙位置选择正确,另外，防火墙的位置距巷道的交叉口也不宜过远，因防火墙建成之后将形成一个盲巷，很容易产生
19、瓦斯聚积，使检查人员无法入内。如图7-1-17所示，火源在P点，虽然火源附近A点的岩石比较结实，由于此处离新鲜风流太远，不宜在此设防火墙，而应建在B处。一般要求防火墙距新鲜贯穿风流510 m。防火墙必须建在距贯穿风流较远处时，应该建导风设施，如图7-1-18所示。另外，考虑到运输的方便性，防火墙都应建在运输巷附近，这样可以缩短建密闭的时间，保证封闭工作顺利进行。由于封闭火区的原则在很多情况下是相互制约的，因此防火墙的布置应根据实际情况，综合考虑上述原则确定。在防灭火措施计划中，对预计易发生火灾的地点实施封闭措施时，都要预计灭火时建筑防火墙的位置、布置方式和对防火墙质量的要求。,图7-1-17
20、新鲜风流近处布置密闭墙,图7-1-18 封闭火区形成盲巷通风,3.防火墙的构筑,构建防火墙的目的是在整个火区封闭期间隔断流向火源的风流。为了减少防火墙的漏风，原美国矿业局的相关研究人员提出了一些技术措施，现场应用证实这些措施能够有效提高防火墙的构筑质量和减少漏风，现简要介绍如下：（1）在砌筑混凝土防火墙过程中，对竖直的防火墙面进行抹面时，用具有适当强度的塑料硬毛刷代替抹刀刷涂砂浆，可以增加防火墙的严实性和耐久性。特别是防火墙周边与巷道的接触处，相对抹刀来说，使用塑料硬毛刷不仅更为简便，而且效果更好。（2）在砂浆中掺入玻璃纤维，能够有效增强砂浆的胶结强度和粘性，在现场的涂抹过程中也更加方便。（3
21、）在防火墙上涂抹石灰，既有利于防止漏风，也有助于查看墙上的裂缝发展情况。,（4）防火墙周边与巷道接触的地方容易出现漏风，因此，应分别在巷底、巷帮和巷顶采取相应措施。巷底处理。一种方法是掏槽（一般情况下，槽宽至少要1.5倍于防火墙的宽度）。先向地槽内倒入溶有玻璃纤维的砂浆，形成防火墙墙基，然后在尚未固结的墙基上砌筑混凝土砖；另一种方法不建墙基，这种方法适用于要求迅速构筑防火墙的情况。第一层混凝土砖墙直接砌筑在人工产生裂隙的巷底，把水玻璃(硅酸钠)倒入混凝土砖的中空部分，使水玻璃渗入破裂的底板，水玻璃固结后形成的屏障，能够有效减少防火墙的底部漏风。,巷帮处理。与巷底的处理方式类似，首先在巷道两帮掏
22、槽，嵌入混凝土砖并用砂浆使之与巷帮紧密胶结起来，然后用砂浆塞满防火墙与巷帮的所有空隙，最后在墙面与巷壁的交角处用砂浆涂抹成弧形封闭带。如果需要加强对墙体的支撑，也可以考虑在自掏槽向周围巷帮打钻孔，向其中充填水泥砂浆，并在孔内加锚杆或钢筋，沟槽内配钢筋或型钢予以连接（如图7-1-19所示），巷帮及锚杆再通过沟槽内的砂浆与防火墙就胶结成一整体，大大增加了墙体的牢靠程度。巷顶处理。首先用木楔打入防火墙面2.5cm，然后将砂浆用硬毛刷塞入所形成的空隙中，在防火墙面与巷顶的交角内也用砂浆糊成弧形封闭带。若为了现场灭火的需要，所修建的防火墙由几层混凝土砖构成，则可以分层进行如上处理。防火墙内侧周边处理。如
23、果现场条件允许，为进一步减小漏风。可安排一名工人在防火墙内侧完成涂抹墙面和处理防火墙周边缝隙的工作，使防火墙两侧都尽量密实，实现良好的防漏风效果。,图7-1-19 锚杆注浆处理巷帮a巷帮的处理；b局部放大图1防火墙；2沟槽；3钻孔；4锚杆；5型钢；6注浆管,一般情况下，至少需要在墙体上安设三个管：注浆管、观测管和排水管，管道直径为35l00 mm，观测管和注浆管距巷道底板高度不小于1300mm，两管之间距离为400mm。注浆管用以在封闭时以及封闭后向火区灌注灭火材料，加快火源熄灭速度，其在密闭内侧露出长度应不小于2000mm，露在密闭外侧长度为200mm，管口有螺纹并带有管帽或用木塞封堵；观测
24、管用以从火区中抽取气样，时刻注意监测火区内的状况，判断火情，观测管在密闭内侧露出长度也应不小于2000mm，露在密闭外侧长度应为150200mm，管口应有相应的封堵措施；排水管距巷道底板150200mm，用以及时排除密闭墙后面的水。管外端装上阀门控制，水应该没过管道或者做成一段U形管以作为底部的密封，防止漏风。另外，还可以根据需要，在墙体上预留通行孔，通行孔由钢板卷制而成，直径约为800mm。通行孔的作用一是在封闭火区期间保持送风稀释火区内部瓦斯；二是在封闭之后的火灾熄灭过程中，可派救护队员由此进入火区侦察火情。通行孔里端装有从外段操纵的密闭盖，可根据需要进行开启与关闭。在防火墙构筑之前，应预
25、先在进、回风巷架设局部通风机，将风筒出风口引至防火墙施工处。一旦施工地点的氧气浓度低于20，应立即开启局部通风机供风，防止窒息事故的发生。如果不具备安设局部通风机的条件，则应由矿井救护队员佩戴呼吸器来完成。,在高瓦斯区域，为保证构筑防火墙人员有足够时间撤退至安全地带，可以采用如图7-1-20所示的自动封闭防火墙通风口的装置，用一罐水使自动封闭门扇承重而悬挂在巷顶。在人员撤离时，使罐内水逐渐由孔口漏出，重量减轻至一定程度后，不能承受门扇自重而自动放下门扇覆盖住通风口。漏水的孔径和数目视人员能撤至安全地带的时间而预先确定。,图7-1-20 防火墙通风口自动封闭装置1自动封闭门扇；2滑轮；3开有出水
26、口的容器,四、火区防爆计算,在火区封闭过程中，为了避免火区发生爆炸，必须对火区状态加以判定，要能够清楚地了解火区的发展趋势，准确判断火区能否发生爆炸和发生爆炸的时间，以及至少需要多少的供风量才能保证火区气体在封闭过程中不会发生爆炸。必要时还需要向火区注入惰性气体进行惰化，这其中就涉及到惰性气体注入量的问题。以上问题都必须通过相应的计算来确定，这对于保证封闭工作顺利安全地进行，保障作业人员的生命安全有着重要的意义。,1.最低供风量的计算,火区封闭过程中，必须保持向火区供风，而且供风量必须大于最低供风量。最低供风量是指保证火区气体在封闭期间不会发生爆炸（达不到爆炸下限）的最小需风量。要计算最低供风
27、量，首先必须计算出火区可燃气体的产生量和火区混合气体的爆炸浓度下限。如果已知火区产生的可燃气体各组分的浓度，就可以用下式计算火区可燃气体的产生量：,（7-1-1）,其中，Qf 爆炸性气体的产生量，m3/s；Q 供风量，m3/s；ri 火区产生的可燃气体i的浓度，包括CO、CH4、H2和 CmHn等，。,而火区混合气体的爆炸浓度下限可以根据莱夏特尔法则求得：,（7-1-2）,其中，ri 表示火区可燃气体浓度之和；Gdi 为可燃气体i 的爆炸浓度下限。,知道了可燃气体产生量和混合气体爆炸下限，就可以由下式计算出最低供风量。,（7-1-3）,其中，Gd 火区可燃气体的爆炸下限，；ra 进入火区空气中
28、的可燃气体含量，。,例7-1-1 已知某高瓦斯火区供风量Q30m3/s，流出火区的气体成分分析为：O2-18%，CO-0.3%，CH4-0.9，H2-0.3，进风流中的可燃气体含量ra0.3，要保证构筑防火墙时火区可燃气体不发生爆炸，求所需保证的最低供风量。,解：求爆炸气体的产生量根据式（7-1-1）计算火区可燃气体产生量为：,求火区可燃气体的爆炸下限已知CO、CH4、H2的爆炸下限分别为12.5%，5，4，则由式（7-1-2）可以求出火区混合气体的爆炸下限：,求最低供风量将上述数值代入式（7-1-3）得：,所以，为保证火区中的气体不发生爆炸，供风量不得低于8.4m3/s（504 m3/min
29、）。,2.火区爆炸时间的计算,如果封闭过程中，当进入火区的风量小于防止火区气体爆炸的最低供风量时，则火区气体在一段时间后就有可能达到爆炸浓度下限，从而发生爆炸，因此，密闭墙也就必须在这有限的一段时间内尽快完成。供风量小于最低供风量时，可由下式计算出混合气体发生爆炸的时间：,其中，火区爆炸时间，s；V 封闭火区的体积，m3；Qz 火区的供风量，m3/s，Qz Qmin；Qf 火区各种爆炸性气体的产生量之和，m3/s；rf 火区产生的爆炸性气体浓度之和，；ra 向火区供风的空气中的可燃气体含量，；Gd 火区可燃混合气体的爆炸下限，。,例7-1-2 某高瓦斯火区，需封闭的火区体积为50000 m3，
30、正常供风量为Q=900 m3/min，进风空气中所含可燃气体（包括CH4、CO、H2和CmHn等）浓度总和为1.05，监测到的火区气体成分为：，O2-14。求：（1）封闭过程中，从进风侧向火区的供风量实际为300m3/min时，测得火区可燃气体浓度为，求在此情况下，密闭墙必须在多长时间内完成（即求火区发生爆炸的时间）？（2）判断火区完全封闭后，火区气体能否发生爆炸？如果能，求出发生爆炸的时间。,解：（1）首先应该判断在当前供风量下，火区能否发生爆炸，即验证火区供风量Qz是否小于最低供风量Qmin。求火区爆炸性气体的产生量,求混合气体的爆炸下限,求最小供风量,因火区实际供风量为300m3/min
31、，该风量小于最低供风量576m3/min，所以经一段时间后该火区可能会发生爆炸。,求混合气体发生爆炸的时间将本题中数据代入式（7-1-4）就可以求得火区发生爆炸的时间：,所以，密闭墙必须在109 min之内完成，否则就有可能发生爆炸。（2）判断火区封闭后能否发发生爆炸，可以通过比较火区气体达到爆炸界限的时间d和火区中氧气浓度降低到失爆浓度的时间0的大小得出，如果d0，就不会发生爆炸；d0就有可能发生爆炸。封闭后，火区气体发生爆炸的时间可以从式（7-1-4）中，令供风量Qz0推得：,（7-1-5）,而将O2浓度降低到失爆界限的时间可以从下式得出：,（7-1-6）,其中，O2 密闭墙关闭时刻火区中
32、的O2含量，；O2min 令火灾气体失爆的O2浓度，。O2min的计算式为：,（7-1-7）,火区可燃气体的产生量可燃气体产生量为：,求火区混合气体的爆炸浓度下限 已知CO、CH4、H2、CmHn的爆炸下限分别为12.5%、5、4和2，则火区混合气体的爆炸下限为：,求火灾气体达到爆炸下限的时间将火灾气体的产生量和爆炸浓度代入式（7-1-5）中，即可求出封闭后火灾气体达到爆炸下限的时间。,求氧气浓度降低到火灾气体失爆界限所需要的时间首先，根据式（7-1-7）求出火灾气体发生爆炸所需的最低氧浓度,则根据式（7-1-6）就可以求得氧气浓度降至9.1所需要的时间：,所以，封闭后，该火区极有可能发生爆炸
33、。但是需要指出的是，火区爆炸并不一定发生在封闭后103min这一时刻，因为公式所建立的火区模型仅考虑到爆炸发生三要素中的两个，即可燃气体和助燃气体的浓度，而没有考虑到火源的因素。由于火区气体浓度和温度分布的不均匀性，达到爆炸浓度的地点并不一定具备引爆的火源强度，所以爆炸时间有可能推后；另外，在强点火源下，稍微低于爆炸界限的可燃气体也有可能发生爆炸，这就可能造成使爆炸时间提前，但这并不影响该计算公式对指导现场工作的重要指导意义。,3.火区惰化参数的计算,避免火区发生爆炸，最常用的方法是向火区中注入惰性气体，通过注惰性气体可以减少O2的浓度，并能对火灾气体进行稀释，使其达不到或者推迟达到爆炸界限，
34、从而实现火区抑爆的目的。惰化火区通常采用的气体是CO2和N2，如果向火区注入CO2气体来使O2浓度低于爆炸界限，所需要的时间可以用下式计算：,（7-1-8）,其中，*惰化时间，min；CO2 空气中CO2的浓度，；O2 封闭前火区氧气浓度，注入火区的CO2流量，m3/min；O2 封闭前火区氧气浓度和火区失爆时的氧气浓度之差，。,例7-1-3 对于例7-1-2中的已知条件，如果采用CO2惰性气体惰化火区，CO2注入量为25m3/min，检测到回风侧CO2浓度为13.2，求惰化时间以及要保证火区封闭后不发生爆炸的最小CO2注入量。,解：根据式（7-1-8）可以计算出使用CO2作为惰性气体时的惰化
35、时间。,该时间也远大于火灾气体达到爆炸下限的时间d（103min），倘若要保证在d时间内，注入的CO2能够完全惰化火区，则至少需注入的CO2量为：,对于可燃气体的惰化效果，CO2比N2要好。对于瓦斯而言，CO2的惰化效果大约是N2的1.875倍，所以本例中，如果采用N2进行惰化，大约需要N2的量为276.6m3/min。由于实际火区中本身就产生或者含有一定量CO2和N2，因此实际需要量比上述计算值要小一些，但在实际中，产生如此大流量的惰性气体显然相当困难，甚至是不可能的，因此，还需要采取其它的辅助措施。,第二节 火区管理,封闭火区完成之后，可以认为火势暂时得到了控制。但最终实现火源完全熄灭需要
36、一个较长的过程，而火源只要没有彻底熄灭，就始终是一个潜在的威胁，因此，在完成封闭到火源完全熄灭、安全启封的这段时间里，务必要加强火区的管理工作。,一、建立火区管理卡片,火区管理卡片作为火区管理的重要技术资料，对做好矿井防灭火工作意义重大。火区管理卡片由矿通风管理部门负责填写并永久保存，以便给设计人员进行采区设计、生产安排、通风设计和采区防火设计等提供基础依据。火区卡片主要包括以下几个方面。,1.火区登记表,火区登记表中应详细记录火区名称、火区编号、发火时间、发火原因、发火时的处理方法以及发火造成的损失，另外还应包括煤层自燃参数、采煤方法和采掘情况等，并绘制火区位置图。,2.火区灌注灭火材料登记
37、表,该登记表用于详细记录向火区灌注黄泥浆、粉煤灰、凝胶、惰性气体以及泡沫等灭火材料的数量和日期，另外还应该包括钻孔的一些参数，如钻孔位置、直径和深度等，如表7-2-1所列。,表7-2-1 火区灌注灭火材料记录表,3.防火墙观测记录表,防火墙作为火区封闭的最主要设施，是封闭灭火能否成功的关键，因此，加强相关管理工作显得尤为重要。防火墙的管理要填写防火墙观测记录表，如表7-2-2所列，该表用于说明防火墙设置地点、封闭日期、材料以及一些基础参数等情况，并用于详细记录按规定日期观测到的防火墙内气体组份的浓度、防火墙内温度、防火墙出水温度以及防火墙内外压差等数据。矿井通风区长应按时审阅防火墙观测记录表，
38、发现封闭不严或有其它缺陷以及火区内有异常变化时，必须采取积极的措施予以处理，并及时向上级报告相关情况。,防火墙编号 火区编号_,表7-2-2 防火墙观测记录表,通过监测到的火区气体的变化规律就可以初步判断出火区的状态：（1）O2量剧减，表明火势发展迅猛；缓慢降低则是火区自然惰化的标志；如果O2含量长时间居高不下，说明漏风严重；（2）CO含量增加是火势发展的表现，增加越急剧，火势有可能越严重；（3）CO2是火灾的重要产物，剧增表示火势发展，缓慢增加表明火区在逐渐惰化；（4）CH4是火灾气体组成部分之一，低瓦斯矿井在火灾时会产生CH4，而高瓦斯矿井的火区中CH4浓度可达10以上；（5）C2H4、C
39、2H2等可以作为火区熄灭与否的重要的标志性气体，如果在火区中长时间检测不到这些参数，表明火区基本上已经趋于熄灭。,另外，平时需加强防火墙的严密性检查。应经常给防火墙刷面，靠近巷道边角的地方也要涂一层白灰，同时应认真检查，及时发现漏风之处。如果防火墙附近可听见“咝咝”声，则说明防火墙存在漏风现象，这也是渗出瓦斯的征兆，发现这种情况时要立即采取措施，将其抹严，以防止造成更大的事故；若墙体出现较明显的裂缝，则应采取压注水泥浆或石膏等密封物的方法对裂缝进行堵塞。而对于砖砌防火墙和石砌防火墙来说，砖缝是最薄弱的地方，每隔一段时间就要进行一次勾缝。除以上基本管理外，还可以采取均压等技术手段减少向火区的供风
40、，从而加快火源熄灭速度。,二、火区内火灾状态判定,对火区内的火灾状态进行有效的监测是火区管理的重要内容之一。目前，主要是根据火区内气体成分的变化进行综合定量分析，判定火区内火灾是否继续燃烧、趋于熄灭或已经熄灭，进而制定或修改相应的技术措施。,1.火区气体组成及其分类,（1）火区气体的组成 火区气体是一种混和性气体，其主要成分有氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）、氧气（O2）和碳氢化合物（CmHn）等。大量的研究及现场分析表明：火区气体的含量一般在一定的范围内，其中氧气含量自百分之几到20；二氧化碳含量自百分之几到20；一氧化碳含量自微迹到10，一般情况下低于2；氢
41、气自微迹到10，一般情况下低于2；甲烷和其它的碳氢化合物在低瓦斯矿井里的含量一般自1 到10，在高瓦斯矿井内则最高可以达到90 以上。,（2）火区气体的分类 按是否会产生爆炸，火区气体分为可爆气体、助爆气体和阻爆气体三种。可爆气体主要有甲烷（CH4）、氢气（H2）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（CmHn）；助爆气体主要是指氧气（O2）；阻爆气体主要有二氧化碳（CO2）和氮气（N2）。按气体的形成过程，火区气体可分为空气分、可燃气体分和惰性气体分三种。空气在进入井下的流动过程中，受井下复杂环境的影响，在其到达火区之前成分已发生了变化，表现为新渗入了甲烷气体、氧气含量减少和二氧化碳含量增加。进入火
42、区后，氧气由于参与燃烧反应转变为CO2、CO和SO2等，氧气含量迅速下降。燃烧剩余的氧气称为残存氧，其与气体中的氮气混合，再次组成空气，称这种空气为空气分。其中，与氧气组成空气的氮气简称空气氮，而多余的氮气简称超氮气。煤层中一般会涌出较多的CH4，其中火源之前的CH4大部分参与燃烧生成CO2、H2O、CO等，部分残存的CH4则和火源后面析出的CH4、碳氢化合物（CmHn）、燃烧产生的CO等共同组成了火区气体的可燃气体分。燃烧产生的CO2（抑爆能力是N2的1.4倍）和超氮气则共同组成了火区气体的惰性气体分。,2.火区可燃性爆炸气体的判定,火区可燃性爆炸气体的判定目前主要采用混和可燃气体爆炸三角形
43、法。该方法根据火区混和气体状态点在爆炸三角形中所处的位置及其运移方向，分析火区所处的状态。具体步骤如下。（1）建立混合可燃性气体爆炸三角形 确定混合可燃性气体的爆炸上下限U、L，用下式计算：,（7-2-1）,（7-2-2）,式中，Pi混合气体中各种可燃气体的百分含量（依体积计），；Ui，Li某种可燃气体成分的爆炸上、下限，。,确定混合可燃气体的爆炸临界点临界点可燃气体值,（7-2-3）,临界点氧气浓度,（7-2-4）,式中，K 爆炸三角形临界点可燃气体系数，Ii 瓦斯气体的惰化浓度，%,在上面K和Ii的表达式中，各符号的意义如下：Cni 某种可燃气体超氮或超二氧化碳临界点可燃气体值；CO2 超
44、二氧化碳浓度，CO2=CO2-0.03，；I2 瓦斯中的超惰气浓度，%Cni 超CO2临界点与超氮临界点可燃气体值之差；fi、fi某种可燃气体超氮窒息系数及超氮窒息系数与超二氧化碳窒息系数之差。以上各公式中的Li、Ui、Cni、Oi及fi可参见表7-2-3。,表7-2-3 各种可燃气体的爆炸极限值,建立爆炸三角形 由以上所求出的爆炸三角形的上、下限及临界点值，即可做出爆炸三角形图形。其具体步骤如下：首先建立直角坐标系，以混合可燃气体浓度为横坐标轴，以氧气浓度为纵坐标轴，在两轴上分别取氧的浓度为21 的坐标点A和混合可燃气体浓度为100 的坐标点B，联结A，B两点。根据式（7-2-1）和式（7-
45、2-2）计算的混合可燃气体的爆炸上、下限值，在x轴确定其坐标点，再从各个坐标点作平行于y轴的平行线交AB线于D和G两点。然后根据（7-2-3）和（7-2-4）两式计算出来的临界点值，即可从直角坐标系中确定临界点坐标S。连结DS与GS，爆炸三角形即作出如图7-2-1所示。,图7-2-1 爆炸三角形,采用混和气体爆炸三角形对火区状态进行判断，计算时不太方便。波兰曾提出一种改进方法，即以CH4爆炸三角形为基础，修正状态点P，使之在CH4爆炸三角形图中的相对位置与混合气体爆炸三角形中的原有对应关系保持一致。按下述步骤对P点坐标修正：先计算混合可燃气体的总和，；然后计算CO2对临界点处混合可燃气体爆炸程
46、度的影响修正系数，；再计算各可燃气体系数，（i和bi为与可燃气体有关的系数，见表7-2-4），若求得1，则取=1，若求得0，则取=0；最后计算状态点P的坐标：,式中，ci、ci、di、di、ei、ei、fi、fi等系数可参见表7-2-3。,表7-2-4 各可燃气体相关系数表,（2）利用爆炸三角形对火区状态进行判定 由图7-2-1所示，连接SB，且延长BS交y轴于F点；再连AS，并延长交x轴于E点。于是将爆炸三角形坐标分为4个区：I区为爆炸三角形，即爆炸区；区为加入可燃气体后的爆炸区；区为加氧后的可燃气体爆炸区；区为安全区。当测定混合可燃气体状态点P在区内时，再继续混进可燃气体时，状态点就会向I
47、区移动，移动方向是沿AB连线向B方向移动。若气体状态点进入到I区，则发生爆炸的危险性将大大增加。当测定混合可燃气体状态点P在区内时，如果其中的含氧量增加，那么P点将沿指向A点的方向移动进入I区，从而增加爆炸危险性。此时，若进行启封，新鲜风流进入火区，危险性比较大。当测定的混合可燃气体状态点P在区内时，不会发生爆炸，为安全状态。当测定混合可燃气体状态点P在I区内时，火区随时可能发生爆炸，最危险，应立即撤出火灾现场的救灾人员，并采取惰化措施，使P点向区内移动。,爆炸三角形判定法比较直观，但由于火区中混合可燃气体各自的组分处于不断的变化之中，如果每一过程都采用人工计算的方法，计算量太大，过程也比较复
48、杂。不过由于上述方程和数据都比较简单，因而可以编制简单的计算机程序来实现，只需输入混合气体组分即可计算出所需数值，从而确定爆炸三角形，并可以通过图形显示出来。另外，对于已确定的状态点，爆炸三角形判定法只能定性地预测火区状态的变化趋势，无法做到定量，如无法看出需要注入多少惰性气体才可以使状态点从爆炸区移到安全区，而这对于救灾决策中具有很重要的实用价值。,第三节 火区启封,启封火区是一项危险的工作，启封过程中因决策或方法上的失误，可能导致火区复燃和重封闭，甚至造成火区的爆炸而产生重大伤亡事故。本节介绍火区启封的条件和启封方法。,一、火区启封的条件,规程第二百四十八条规定：“封闭的火区，只有经取样化
49、验证实火已熄灭后，方可启封或注销。火区符合以下条件时，方可认为火源熄灭：（1）火区内的空气温度下降到30 以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。（2）火区内空气中的氧气浓度降到5.0 以下。（3）火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期内逐渐下降，并稳定在0.001 以下。（4）火区的出水温度低于25，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同。（5）上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。”,由于火区内外环境影响的复杂性，取样点与火区真实状态之间不可避免的存在着差异，在符合上述条件的情况下启封火区时，仍应谨慎从事。在现场实际启封工作过程中，判定是否满足启封条件时，还应注意以下几点：
50、（1）封闭火区内氧气浓度低于5 时，火势将逐渐减弱直至熄灭。氧气浓度在2以下时，火将完全熄灭。但即使在火区中氧气浓度为零的条件下，火区内可燃物的阴燃仍能够长期持续下去，因为煤层特别是特厚煤层具有较强的吸附氧气的能力，所吸附的氧气足以支持阴燃的进行。而阴燃在供氧条件发生变化的情况下很有可能转变为明火燃烧，特别是可燃物阴燃温度超过150时更容易发生这种情况。（2）由于焦炭对CO有较强的吸附作用，火区燃烧所产生的CO可能被焦炭所吸附。故即使所测定的CO浓度为零，也不能据此就认为火源完全熄灭。,（3）由于矿井情况复杂，部分火区的瓦斯涌出量比较大，可能使燃烧产生的气体浓度下降，但这不意味着火源已熄灭。（
